ZEMAX | 如何編寫 ZPL 宏：計(jì)算環(huán)帶垂軸色差
本文介紹如何使用 Zemax 編程語(yǔ)言 (ZPL) 創(chuàng)建宏來(lái)計(jì)算和繪制用戶自定義的性能指標(biāo)。在本示例中，系統(tǒng)的環(huán)帶垂軸色差 (Zonal Transverse Chromatic Aberration, ZTCA) 將被分析。在解釋了需要使用的基本算法之后，本文將描述如何將宏通用化以允許用戶進(jìn)行更加靈活的使用，包括用戶輸入和錯(cuò)誤捕獲。（聯(lián)系我們獲取文章附件）
簡(jiǎn)介
假設(shè)我們要計(jì)算系統(tǒng)的環(huán)帶垂軸色差 (ZTCA)。ZTCA 作為光瞳區(qū)域的函數(shù)，定義為兩個(gè)波長(zhǎng)在像平面上的光線高度差
ZTCA = YF - YC
基本算法如下：
1、定義步進(jìn)式光瞳區(qū)域
2、對(duì)應(yīng)追跡每個(gè)波長(zhǎng)的邊緣光線
3、減去 y 坐標(biāo)
4、輸出結(jié)果
我們建議在編寫 ZPL 宏時(shí)將采用以下編程規(guī)范，使宏更易于閱讀：
· 將所有變量寫成小寫形式
· 將所有 ZPL 函數(shù)和關(guān)鍵字寫成大寫形式
· 對(duì)IF和FOR循環(huán)采用文本縮進(jìn)
· 賦予變量有意義的名稱 （例如 ray_angle 而不是 a）
· 使用描述性注釋（例如使用 ! 或 #）
為了使宏更易于閱讀，OpticStudio 具有內(nèi)置的文本編輯器，將語(yǔ)法突出顯示：
初版宏的編寫
對(duì)于此示例，我們將使用示例文件
輸入以下代碼，以根據(jù)之前描述的算法流程來(lái)計(jì)算環(huán)帶垂軸色差 (ZTCA) ：
使用功能區(qū)上的第二個(gè)按鈕將宏另存至
然后，從“編程 (The Programming tab) ”選項(xiàng)卡中，從“宏列表 (Macro List) ”下拉菜單中選擇已保存的宏，或者從“編輯/運(yùn)行 (Edit/Run) ”中選擇它，然后單擊“運(yùn)行 (Run) ”。
運(yùn)行宏時(shí)，將出現(xiàn)一個(gè)新的文本窗口，其中包含宏的輸出。在本示例中，輸出結(jié)果為環(huán)帶垂軸色差 ZTCA ，作為光瞳區(qū)域的函數(shù)：
請(qǐng)注意，此宏文件需要基于許多假設(shè)，確保宏能夠正常運(yùn)行：
· 邊界波長(zhǎng)是 1 和 3
· 步進(jìn)數(shù)為 10
· 它僅計(jì)算軸上視場(chǎng)的環(huán)帶垂軸色差 ZTCA
· 無(wú)錯(cuò)誤檢查功能
如果只有一個(gè)波長(zhǎng)怎么辦？
讓我們改進(jìn)宏，使其可以與其他文件一起使用。
通用宏的編寫 用戶自定義的步進(jìn)數(shù)
我們可以使用 INPUT 關(guān)鍵字提示用戶輸入步進(jìn)數(shù)，而不是使用固定值 10。在宏的開頭，刪除賦值“numsteps = 10”并按如下方式使用 INPUT ：
運(yùn)行宏時(shí)，“ ZPL 宏輸入 (ZPL Macro Input) ”窗口將出現(xiàn)：
IF 語(yǔ)句通過(guò)函數(shù) INTE() 測(cè)試 numsteps 是否為正整數(shù)，該函數(shù)將會(huì)對(duì)數(shù)值進(jìn)行四舍五入。 GOTO 命令 OpticStudio 使用指定的 LABEL 命令將程序跳至某一行（向前或向后）。在這種情況下，我們使其跳到程序的結(jié)尾：
盡管 END 在使用子例程時(shí)才被嚴(yán)格要求，但是使用它來(lái)指示宏的執(zhí)行在何處終止是一個(gè)良好的編程習(xí)慣。
適應(yīng)不同的波長(zhǎng)
接下來(lái)，我們可以要求宏確定臨界波長(zhǎng)（最小和最大），并將其用于光線追跡中。如果文件中僅定義了一個(gè)波長(zhǎng)，我們也可以要求宏返回錯(cuò)誤消息：
現(xiàn)在，用于光線追跡的波長(zhǎng)是 minwav 和 maxwav，因此在 FOR 循環(huán)中，將行：
RAYTRACE 0, 0, 0, py, 1
RAYTRACE 0, 0, 0, py, 3
用以下兩行替換：
RAYTRACE 0, 0, 0, py, minwav
RAYTRACE 0, 0, 0, py, maxwav
錯(cuò)誤檢查
最后，我們可以使用 RAYE() 檢查光線追跡期間的錯(cuò)誤。因此，代碼變?yōu)椋?
將宏另存為 ZTCA2.ZPL 并測(cè)試代碼正確性，確保您測(cè)試了每種錯(cuò)誤情況：
· 用戶定義的步進(jìn) < 1 或非整數(shù)
· 僅1個(gè)波長(zhǎng)
· 光線錯(cuò)誤
以下是20個(gè)光瞳區(qū)域的宏輸出：
錯(cuò)誤檢查
除了輸出數(shù)據(jù)外，我們還可以使用 PLOT 或 PLOT2D 關(guān)鍵字來(lái)繪制數(shù)據(jù)。 PLOT 支持一個(gè)自變量和一個(gè)因變量，而 PLOT2D 支持兩個(gè)自變量和一個(gè)因變量。這兩個(gè)關(guān)鍵字都允許用戶充分控制繪圖格式，例如：
· 標(biāo)題，坐標(biāo)軸圖例
· X,Y 軸刻度
· 注釋
· 數(shù)據(jù)點(diǎn)和擬合線：顏色、樣式、大小
· 窗口縱橫比
為了能夠繪制數(shù)據(jù)，首先需要聲明兩個(gè)數(shù)組變量：一個(gè)用于光瞳坐標(biāo)，一個(gè)用于環(huán)帶垂軸色差 ZTCA。在用戶輸入和錯(cuò)誤檢查代碼之后添加數(shù)組聲明：
DECLARE pupil, double, 1, (numsteps + 1)
DECLARE ztca, double, 1, (numsteps + 1)
然后，在主循環(huán)內(nèi)，您需要將值存儲(chǔ)在先前聲明的數(shù)組中，而不是將其輸出到屏幕上。 這意味著將此行：
PRINT "Pupil zone = ", py, " ZTCA = ", yf-yc
用下兩行替換：
pupil(i+1) = py
ztca(i+1) = yf-yc
最后，在主循環(huán)之后添加代碼以創(chuàng)建繪圖：
PLOT NEW
PLOT BANNER, "ZTCA vs Py"
PLOT TITLE, "Zonal Transverse Chromatic Aberration"
PLOT TITLEX, "Normalized Pupil Coordinate (Py)"
PLOT TITLEY, "ZTCA (mm)"
PLOT RANGEX, 0, 1
PLOT RANGEY, -0.005, 0.005
PLOT DATA, pupil, ztca, (numsteps + 1), 1, 2, 0
PLOT GO
PLOT DATA 用于定義要繪制的一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)。它需要以下參數(shù)：
x_array, y_array, #points, color, style, options
在本例程中顏色 1 = 藍(lán)色 (Color 1 = blue), 樣式 2 = 虛線 (style 2 = dashed), 可選項(xiàng) 0 = 無(wú)數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)記 (option 0 = no data point markers)。
PLOT 語(yǔ)法的完整說(shuō)明可以在幫助文件部分的編程選項(xiàng)卡 (The Programming Tab) > 關(guān)于 ZPL (About the ZPL) > 關(guān)鍵字（關(guān)于zpl） (KEYWORDS (about the zpl) ) > 繪圖 (PLOT) 中進(jìn)行了描述。
現(xiàn)在將宏另存為 ZTCA3.zpl 并運(yùn)行它。該宏將產(chǎn)生以下繪圖：
